复杂情况下城市地下管线探测体会

章剑峰，钱强强，俞杰，张滇

(湖州市测绘院，浙江湖州 313000)

复杂情况下城市地下管线探测体会

章剑峰∗，钱强强，俞杰，张滇

(湖州市测绘院，浙江湖州 313000)

主要介绍了近间距管线等复杂情况下，利用管线探测仪进行城市地下管线探测得到的几点体会，并概述了今后城市地下管线探测技术的发展方向。

管线探测；探测技术；管线探测的发展方向

1 引 言

城市地下管线是城市基础设施的重要组成部分，是现代城市的生命线，也是建设城市地理信息系统的基础资料。城市地下管线系统是一个不断发展、不断完善和变化的体系。城市在发展，敷设的管线也在不断增多。如果地下管线管理系统的内容得不到及时充实和更新，势必影响它的使用质量。只有把新增的地下管线及时补测、及时纳入地下管线管理系统，进行动态管理，才能使它更具利用价值。湖州市测绘院从2003年开始进行地下管线的普查工作，至今已经历6年，完成了全市所有道路的地下管线探测工作，共探测地下管线1 200多千米。笔者根据多年的实际工作经验，认为城市地下管线的材质不同、埋设情况复杂，用单一的方法无法完整地探测管线的空间状态。结合自己在平时工作中的具体实例就城市地下管线探测给出了一些具体的工作体会。

2 地下管线探测的原理和原则

2.1 地下管线探测的原理

地下管线探测工作实质上就是利用各种地下管线本身所具有的与其周围介质不同的物理特性及其与周围环境特征的关系来查找埋设在地下的各种管线的空间状态(位置、埋深、走向)。目前应用比较广泛的探测方法主要是频率域电磁法，其基本工作原理是:利用地下管线辐射的电磁场信号定位管线，并给出深度和电流读数，从而实现其探测功能。从原理上讲，只要埋设在地下的管线本身与周围的土壤、混凝土、水等介质存在着明显的电性差异，我们就可以利用人工激发(直接法、感应法、夹钳法)的方式，使金属管线载有电流，在地面上接收电流产生的交变磁场，从而实现定位、定深的目的。

2.2 地下管线探测的原则

(1)从已知到未知。在进行大面积地下管线探测之前都应该在已知地下管线埋设情况的地方进行方法试验，评价其方法的有效性和精度，然后推广到未知区域开展探查工作。

(2)从简单到复杂。在一个地区开展探查工作时，应首先选择管线少、干扰小、管线埋设相对简单的区域开展工作，然后逐步推进到相对复杂条件的地区。

(3)如果有多种方法可以选择来探测本测区的地下管线，应首先选择效果好、快捷、安全和成本低的方法。

(4)在管线埋设相对复杂的区域，用单一的方法技术往往不能或难于辨别管线的埋设情况，这时应采用适当的综合物探方法，以提高对管线的分辨率和探测结果的可靠程度。

3 地下管线探测的体会

3.1 近间距管线探测的体会

在湖州市益民路一侧人行道上一根直径300 mm铸铁给水管与一根直径200 mm钢质煤气管相距较近且走向平行。在实地探查过程中，煤气管线的信号比较明显，但给水管的信号不明显一时难以发现。在相距大约70 m的地方有一个270 cm×270 cm的电力检修井，打开电力检修井之后发现两根管线都穿过电力检修井且两根管线相距只有 35 cm左右，通过量测给水管的深度为 0.95 m，煤气管的深度为 1.03 m。由于两根管线的位置都明确了，对给水管采用双端连接法探测，对煤气管采用压线法感应。记录到的两条磁场水平分量曲线如图1所示。

图1 益民路两条近间距管线曲线

曲线Ⅰ是对给水管双端连接探测时在观测剖面上记录的磁场，在剖面 2.8 m处和 4.6 m处分别有一磁场极大值(分别对应a、b异常)，从而可以推断该剖面下有2根管线。在用接收机接收信号时若不细心，则4.6 m处的 b异常很容易被忽略。曲线Ⅱ是对剖面2.8 m处的煤气管压线感应时记录的磁场，从曲线图中可以发现在相同位置处仍有2个管线异常，但a异常减弱了而b异常明显增强了。说明压线法确实明显压制了干扰管线(煤气管)的信号，突出了目标管线(给水管)的信号。通过设置探测剖面，绘制磁场曲线图可以成功地将目标管线的异常信号从干扰管线中分离出来。测深采用70%法在电力检修井附近测得目标管线(给水管)的深度为0.88 m，比实际深浅7 cm，平面位置偏离3 cm均符合规范的要求。

当相邻管线之间的间距比较近，特别是干扰管线的信号要强于目标管线时，应多利用一些合理的探查方法，对我们的管线探查工作还是有一定帮助的。

(1)注重目标管线上电磁信号的施加。当目标管线相对于其他管线没有足够的信号强度时，尽量使用直接法、夹钳法，使得尽可能多的电流在目标管线上流动。使目标管线上的异常信号能从其他管线和介质中分离出来。感应法使用方便，但其激发信号的范围比较大，容易使更多的管线带上电磁信号，在管线简单、稀少时比较好用；管线密集、又没有使用直接法、夹钳法的条件时，灵活运用选择性激发或压线法(倾斜压线法)。选择性激发，即选择放置发射机的位置，发射机可放置在目标管线的支管上，避开激发干扰的管线。压线法是利用激发线圈的方向，使其下方的干扰管线尽可能少的带上电磁信号。

(2)在管线埋设相对复杂的地段，应绘制探测剖面，记录观测到的场值，绘制曲线，细致分析。

(3)由于近间距管线探查的信号很容易被干扰，为了保证管线的平面位置和埋深的精度，在有条件的区域应开挖验证管线的实际埋设情况，特别是管线的埋深应综合比较直读法、70%法及开挖验证的实际深度并加以改正。

3.2 动源发射法

在小区管线探查中给水管线的探查是一个难点，因为小区中的给水管分为生活用水和消防用水两种，它们都有各自的主管，并非共用一根给水总管。在有高层建筑的小区里有时有几根给水管同时并列埋设(如湖州日月城小区最多的地方有5根给水管并列埋设)，这给探查工作带来了很大的难度，特别是要分清分支管线和其对应的主干管线的连接情况就更加困难了。在湖州市尊园小区给水管探查中，有一根直径为150 mm的球墨铸铁生活用水总管和一根直径为150 mm的镀锌钢管消防用水总管并排埋设，两根管子的距离相差不到30 cm，如图2所示。

图2 消防用水、生活用水连接图

图中Aa、Bb是两段支管，在实际探查中遇到的问题是无论在A点还是在B点，用直接法施加电流，接收机的信号都会感应到镀锌钢管上，球墨铸铁管上无明显信号，即无法分辨两段支管与主管之间的相互连接关系。这时采用动源发射法把接收机置于管线出露点上方，垂直于管线走向移动发射机，观察接收机信号二次磁场水平分量的变化情况，当信号最强时，发射机的位置即为目标管线于地面的投影点的位置。具体操作，在A(B)点处对管线施加交变的信号，首先确定Aa、Bb上方，沿主干管线呈正交关系的MN方向连续移动发射机，则接收机的二次磁场水平分量达到最大时，则说明分支管线与对应的主干管线相连接，根据实际探查，Aa为生活用水的支管，Bb为消防用水的支管。通过询问埋设管道的施工单位的工作人员及现场确认，证实了上述主管与支管之间的连接关系。

3.3 仪器频率选用的几点体会

在湖州市百合公寓住宅小区进行管线探测时，采用8.19 kHz的频率对一根直径200 mm的球墨铸铁管进行探查，发现接收机接收到的信号变化不稳定并伴有信号抖动现象，无法对此进行精确的定位。采用65.5 kHz的频率后，接收机接收到的信号变化比较稳定，且信号抖动的现象也消失了，这时探查所得到的平面位置和埋深才能满足规范要求。当探查到大概距离发射机30多米的地方时，接收机接收到的信号突然变得异常的好，且数值变化的非常快，说明管线的埋深应该比较浅，用直读法和70%法进行测深所得管线深度只有在25 cm左右，这时对管线的信号产生了怀疑，因为随着探查距离的增加，发射机传播电流的强度会逐渐减弱，接收机接收到的信号不会变得异常的好。且球墨铸铁管的埋深一般在 1 m左右，只有 25 cm埋深的球墨铸铁管极少见。通过现场开挖验证该处信号所对应的管线是一根路灯线，这时的信号已经被路灯管线所干扰了。出现以上的情况分析原因主要是由被测管线的材质所决定的，球墨铸铁管是由多根铸铁管拼接在一起的，其接口处为了防止渗水一般都采用绝缘的橡胶接口，刚开始时采用低频的8.19 kHz进行探测时，因为其耦合作用小，穿透力差，所以接收机接收到的信号不稳定，当采用 65.5 kHz的频率进行探测时，由于其耦合作用大，穿透力强可以使信号跨越绝缘的柔性接口，继续沿管线传输，故其接收到的信号比较稳定。高频信号的不足之处就是衰减比较快，随着探查距离的增加，很容易使信号耦合到其他管线上去，所以就发生了以上被路灯管线所干扰的情况。

通过多年的管线探查工作，在仪器频率选用上得到了以下几点体会:

(1)对于高阻的管线(如带防腐层的管道和有绝缘接口的球墨铸铁管等)使用 65.5 kHz或更高的频率。但要注意选用的频率越高，信号越容易感应到其他管线上，而且信号的传播距离越短。

(2)对于一般的管道和电缆的探测，使用中等频率(如32.8 kHz)，其传播的距离比较远，也不会感应太多的信号到其他管线上。

(3)低频率(如640 Hz或512 Hz)适用于长距离追踪(如城市道路上的路灯管线)，低频率信号传播距离长而且不会感应到其他管线上，低频率信号也适用于长距离且绝缘良好的输送管线。

(4)干燥土壤应尽量使用高频信号，潮湿土壤尽可能使用低频率信号。由于高频信号很容易耦合到其他管线上，所以在条件允许的情况下，应该尽可能地使用较低频率。

3.4 双端连接法

在对湖州市人民路东侧人行道上一段直径300 mm的铸铁给水管进行探测时，采用单端连接法直接施加电流，仪器接收到的信号比较稳定并未发现什么异常，在前方大约 50 m处有一给水检修井，开井进行比对时发现仪器所反应的信号并非是目标管线(给水管)的位置，仪器信号所对应的管线是一根穿过给水检修井距离给水管大约40 cm左右的直径200 mm的煤气钢管。由此可以判断仪器所接收到的信号并非是目标管线的信号。分析原因主要是接地回路信号通过煤气钢管回到发射机，钢管的导电性比球墨铸铁管的导电性好，造成了回路信号比目标管线的信号强，这时仪器所接收到的信号并非是给水管的信号而是煤气管的信号，造成了探测上的错误。这时改用双端连接法连接发射机，将发射机连接到给水管线的一个接入点，发射机的地线通过一条长电线连接到给水管的另一个接入点。如图3所示，这样不用接地就形成了一个完整的回路。需要注意的是长电线应尽量远离目标管线(给水管)预计的路由，否则接收机的信号会被感应到长电线上。通过双端连接法成功地探测出了该给水管的两个拐点，并开井对比发现平面位置和深度均符合规范的要求。当发射机连接到了同一管线的两个接入点时，整个回路的电流大小是相同的。如果管线深度不变，接收机的读数将保持稳定。实践证明，双端连接法是在探查复杂管线时比较行之有效的方法。

图3 双端连接法示意图

4 地下管线探测技术的发展方向

目前用于管线探测的方法很多，比如频率域电磁法、电磁波法、地震波法、红外辐射法等，但未能找到一种单一技术或方法可以完全解决在管线探测中存在的各种问题。

当前如天然气等管线都普遍采用PE材质的非导电管道，给我们的探测工作带来了很大的困难，如果能附带埋设示踪线等其他电磁鉴别体就能极大地方便探测工作，但在目前管线铺设工程中尚未广泛使用。如果此类管线能规范性普遍性地在城市管网系统中使用，将从另一角度大大提升管网探测的能力，弥补现有技术的不足。

地质雷达因其对非导电性的管线的探测能力在目前看来是最具发展性的技术领域，但在对导电性土壤的穿透能力上还有严重的缺陷。如果能解决穿透能力的问题将使地质雷达的方法技术得到普遍提高。

多种频率和多种方法的综合探测技术在未来很可能以一机多能的形式发展成单一的管网定位技术。多种频率的选择可降低信噪比及便于选用最佳频率来探测各种不同物理性质的管线，多种方法综合探测可通过配置多种探头来实现，比如在地质雷达上加配声波探头和电磁法探头，以对各种探测方法的局限进行互补并提高精确度。从目前地下管线探测的发展趋势来看，多频率、多探头的综合探测是提高地下管线探测能力的最佳方法。

5 结 语

城市地下管线埋设错综复杂，用单一的技术方法往往不能辨别管线的埋设情况。在管线埋设相对复杂的情况下应综合采用各种物探方法以保证探测精度的可靠性。希望在不久的将来象地质雷达等方法技术能得到普遍的应用和提高从而弥补现有技术的不足。促进城市地下管线探测技术更快更好的发展。

[1]刘传逢.浅谈城市管线探查方法[J].地下管线管理，2007(1)

[2]CJJ61－2003.城市地下管线探测技术规程.

[3]区福邦.城市地下管线普查技术研究与应用[M].东南大学出版社，1998(12)

The Experience of Urban Underground Pipeline Detection in the Complex Conditions

Zhang JianFeng，Qian QiangQiang，Yu Jie，Zhang Dian
(Huzhou Institute of Surveying and Mapping，Huzhou 313000，China)

The paper primarily introduces some experiences on detecting urban underground pipelines in the complex condition，for example，as of close pipelines.Then it briefly describes future development of underground pipeline detection technology.

Pipeline detection；Technoogies of pipeline detection；development direction of pipeline detection

1672－8262(2010)03－148－04

P631

B

2009—10—12

章剑峰(1981—)，男，助理工程师，主要从事地下管线探测工作。